關于薄板類零件加工工藝設計與研究

姜海燕　梁少杰

【摘 要】本文分析和設計了不銹鋼材料薄板零件的加工工藝，主要研究了兩套夾具在特種機床加工過程中產生的成本和生產周期差異。通過夾具設計可以解決薄板加工易變形的問題，有利于制定更加合理的加工工藝。本研究解決了同種材料，不需表面加工，厚度不一形狀類似的墊片類零件的機械加工生產的問題，為類似零件的加工積累了寶貴經驗。

【關鍵詞】薄板加工;特種加工;工藝設計;夾具設計

中圖分類號： TH161.1文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）17-0050-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.024

0 引言

薄板類零件具有重量輕，結構緊湊軸向尺寸較小，徑向尺寸偏大，裝夾基面小，強度低加工中容易變形，零件加工質量不易保證，所以薄板零件加工工藝的設計和夾具的設計是解決這類零件加工的關鍵問題[1]。圖1不同厚度要求墊片組零件是我院承接的煉鋼設備備件零件。表1中批量生產零件材料為OCr19Ni9，屬于典型不銹鋼材料零件。本文以該零件為例，研究薄板零件加工工藝及夾具設計。

1 零件結構及工藝分析

根據給出墊片組圖紙見圖1所示。目前要加工墊片組厚度從0.1～1.0mm五種不等，數量共計800件。厚度不同但形狀相同，墊片外徑為φ360mm，定位孔中心圓直徑為φ260mm，內徑φ200mm，2個直徑為φ14mm的定位孔，2個寬14mm一側帶半徑為7mm圓弧的槽，表面不去除材料，粗糙度值為12.5，上下表面不需加工。該零件外形結構較為簡單，尺寸公差要求不高屬于自由公差，但直徑較大厚度不一屬于典型薄板零件，零件材料屬于易切削鋼，其加工難度加工φ200的內孔時，外孔φ360孔徑較大，容易出現變形現象。

2 加工方案對比

方案一冷沖壓加工方案分析，根據圖形采用模具沖壓成型加工方式，用于加工數量較大的零件。按800件生產數量來進行成本核算，在生產成本評估上，生產一套模具價格昂貴，每張墊片的加工費用較高，制作模具周期較長估算時間為2周，再加生產零件時間2天，按每天8小時工時計，周期為10天乘8小時為80小時，增加生產成本降低了生產效益，故這種加工方案不可取。

方案二加工方法是使用專用夾具通過特種加工方式數控線切割機床加工完成。該種加工方式需設計專業夾具，從夾具材料和加工工藝上考慮，生產成本比之上述沖壓成型加工方法要降低很多，從而增加了生產效益。生產周期也比較短按每天8小時，歷時40小時就可完成，符合企業單位的需求。所以，這里比對兩種加工方法選擇第二種特種加工方式比較合理。

3 加工工藝制定

3.1 確定線切割加工方案

經上零件圖紙分析，設計加工方案為：

（1）利用線切割加工Φ200mm的內圓孔，加工寬為14mm的兩個槽。

（2）利用鉆床加工2個Φ14mm定位孔，孔中心定位圓為Φ260mm。

（3）利用線切割加工Φ360mm外圓。

（4）粗糙度值為RA12.5。

3.2 零件加工夾具設計

裝夾時應減少裝夾次數，盡量做到在一次裝夾中能把零件圖上所要求的要加工表面加工出來，保證加工質量，提高加工效率[2]。由于墊片組加工部位分外圓部分和內圓部分，故加工內、外圓部分需做一套專用夾具用于夾緊墊片外部，加工內圓部分需制作一套專用夾具。

（1）加工內輪廓部分夾具設計如圖2所示，外形是直徑為360mm，厚10mm鋼板.為便于裝夾在線切割機床，在其外焊接四個尺寸相同間隔90°的位置，外圍為焊接連個的定位耳其中心有直徑為20mm定位孔。鋼板中心部分與圖2相同，一個直徑為200mm的孔和兩個寬為14mm鍵槽，需用線切割加工出來。先在鉆床上加工兩個直徑為14mm定位孔，并且加工相同的兩塊板，用螺栓夾緊墊片方料。其作用為切除內部圓及鍵槽的多余材料，此種裝夾方式較安全可靠，能夠確定一個平面定位準確。

（2）在加工外輪廓部分夾具設計從節省材料方面考慮，將上板的的基本形狀保留，為方便定位將上板的中心部分焊接一塊圓鋼板，且中心鉆削一個直徑為20m定位孔如圖3所示上板形狀。下板要重新設計，為方便加工外輪廓不產生干涉現象，故下板制作上用一塊新鋼板，為防止工件由于切削力的作用而產生軸向移動，必須在卡盤內裝一限位支撐，鋼板內部設計兩個直徑為20mm定位孔用于固定在線切割上，下板夾具形狀如圖4所示。此種裝夾方式較安全可靠，能夠承受較大的軸向切削力，軸向定位準確，裝夾時還需注意保證最小的夾緊變形[3]。

3.3 加工過程刀具及切削用量選擇

（1）在鉆床上選擇刀具直徑為14mm的麻花鉆鉆削四個孔，主軸轉速為600r/min，切削速度20mm/min。其中兩個為定位孔，另兩個為線切割鉬絲下刀位。

（2）在加工墊片內輪廓之前，利用專用切割機將鋼板切割成邊長為380mm正方形，將其固定在線切割機上，安裝鉬絲編寫程序即可加工，其切削速度為0.1mm/r。

（3）加工外輪廓只需將夾具裝好，在線切割編寫整圓加工程序，刀具選擇鉬絲，切削速度0.1mm/r。這個注意裝夾時，重復定位要準確。

經以上加工工序的設計，在工藝上設計兩套專用夾具完成產品加工核心內容，經量具檢驗尺寸及變形情況，加工出的墊片組如圖5所示，符合生產技術要求。

4 結束語

本文通過合理設計工藝與工裝夾具，薄板加工后經檢驗完全符合零件圖紙要求，通過兩套加工內外輪廓夾具的設計，加工方法上比較簡單，加工工序不復雜，加工周期不長，生產成本較低，解決了同種材料，不需表面加工，厚度不一形狀類似的墊片類零件的機械加工生產的問題。并且為類似零件的加工，制定更加合理的加工工藝積累了寶貴經驗。

【參考文獻】

[1]方毅.薄板密封蓋零件加工工藝設計[J].機械工程師，2011（10）91-92.

[2]張福潤，嚴育才.數控技術[M].北京：清華大學出版社，2012（7）35-36.

[3]王愛玲，李夢群，馮裕強.數控加工理論與實用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2009（5）65-66.